中小跨度湿接法预制空心板梁设计★

张永杰

(宁波市城建设计研究院有限公司，浙江 宁波 315012)

中小跨度预制空心板梁桥因其具有结构形式简单，预制、吊装方便，易于工厂化、标准化施工等优点，获得了广泛的应用。但传统的板梁采用铰缝连接，铰缝易开裂。针对此问题，虽然国内外各设计院、研究机构进行了深入的研究和多项改进，但其固有的问题仍然无法得到根本的解决，铰缝破坏造成的结构病害仍然存在。

为保证中小跨度桥梁预制结构的连接安全，对预制板梁的其他连接方式进行研究、应用，提出新型的安全、可靠、耐久的连接方式对于整个市政、交通行业均有积极意义，并具有重要的社会意义和经济意义。

1 工程概况

兴宁东路延伸段工程桥梁总长152.0 m，桥跨布置为(16+20+25+30+25+20+16)m。桥梁总宽36 m，横桥向分为三幅桥梁，两侧为4.5 m的人非混行道桥梁，中间为27.0 m的车行道桥梁，人非混行道桥梁与车行道桥梁结构分离并且结构形式不同(见图1)。

车行桥桥梁上部结构：16 m,20 m跨采用C50后张法预应力混凝土空心板梁，此两种板梁即为此次主要论述的结构；25 m,30 m跨采用C50预制小箱梁，此两种小箱梁以交通部专家委员会编制的《公路桥涵通用图—装配式预应力混凝土箱形连续梁桥上部构造》为模板进行设计。人非混行道桥梁上部结构采用变高度的钢桁架结构。

桥梁下部结构：桥台均采用重力式桥台，下接承台和钻孔灌注桩基础；车行道桥墩采用大挑臂预应力盖梁式桥墩；人非混行道桥墩采用盖梁式桥墩。

2 结构设计

本工程有16 m及20 m两种中小跨度预制空心板梁，采用后张法结构设计，梁高分别为80 cm和100 cm；腹板厚度36 cm；底板预制宽度采用125 cm，两侧翼缘各预制10 cm，顶板宽度145 cm；顶板厚度及后浇带厚度均为14 cm，后浇带宽度30 cm；桥面横坡由腹板变高调整，底板水平；板梁空心断面采用矩形断面，可采用钢模成孔，利于成孔、脱模。

板梁中板及边板预制段横断面如图2所示。

3 结构计算

3.1 计算方式

板梁采用吊装架设施工，具体施工顺序为：下部结构施工(同时工厂预制后张法空心板梁)→吊装预制空心板梁→浇筑后浇带→桥面系施工。本工程先利用Midas建立整桥的空间实体单元模型计算荷载横向分布系数，然后建立空间梁单元模型计算单块板梁结构受力。

3.2 荷载横向分布系数计算

为更准确的计算此类板梁的荷载横向分布系数，使结果更有通用性，对板梁分别采取不同断面，不同车道数量加载的方式计算对比，以7.5 m,10.5 m,14 m净宽为标准断面，每种断面均按单车道、双车道直至最大加载数量布置车道计算，最终取最大数据作为此种板梁的横向分布系数，其计算结果见图3。

由图3可见，荷载横向分配系数的最大值均在10.5 m断面双车道布置情况。16 m板梁荷载横向分布系数边板、中板分别为0.466 m,0.442 m；20 m板梁荷载横向分布系数边板、中板分别为0.451,0.430。

3.3 板梁结构计算

3.3.1结构预应力配束

板梁中、边板预应力布置形式相同，钢束规格不一，钢束布置图如图4，图5所示。

3.3.2正常使用极限状态应力计算结果

各跨径板梁正常使用极限状态上下缘最大(最小)应力及使用阶段正截面混凝土最大压应力计算结果如表1所示。

表1 正常使用极限状态结构应力 MPa

对比桥规中控制应力，各板梁应力均满足规范要求。

3.3.3板梁刚度计算结果

各跨径板梁在使用阶段考虑长期效应影响后的挠度计算值如表2所示。

表2 使用阶段结构挠度值

结构构件应具有一定的刚度，依据规范主梁的最大挠度不应超过计算跨径的1/600。由表2数据可知，结构挠度满足规范要求，且此计算值并未考虑铺装对结构刚度的影响。

3.3.4板梁承载能力极限状态计算结果

各跨径板梁承载能力极限状态内力数据及结构抗力如表3所示。

表3 承载能力极限状态结构抗力

表3中弯矩抗力数据中除预应力外，普通钢筋按13根C20钢筋计算。

由表3可知，结构承载能力极限状态内力均满足规范要求，且富余量较充足。

4 结论

对以上计算结果比较，可以得到以下结论：

1)荷载横向分配系数的最大值均在10.5 m断面双车道情况。

2)结构各计算结果表明，板梁拟定的结构尺寸满足规范要求。

中小跨度湿接法板梁在宁波地区得到应用，在借鉴以往铰缝连接板梁及其他单位相关研究的基础下，大胆尝试，小心论证，终于在兴宁东路工程中取得成功，本工程的成功应用也为同类桥梁的设计和施工提供范例。